一、GPS数据格式介绍
GPS（全球定位系统）数据格式常见的是NMEA 0183格式，NMEA 0183格式是一种用于导航设备间传输数据的标准格式，定义了一套规范，使得不同厂商的设备可以通过串行通信接口（常见的是RS-232）进行数据交换。这个标准最初由美国航海电子协会（National Marine Electronics Association，简称NMEA）在1980年推出，并被广泛应用于全球的导航系统。
NMEA 0183格式的数据通常以ASCII字符流的形式传输，每条数据都以$开始，以回车符（\r）和换行符（\n）结束。数据被分为不同的消息类型，每个消息类型都有特定的字段和含义。
在导航中，最常见的NMEA 0183消息类型包括：
GGA（Global Positioning System Fix Data）：包含定位相关的信息，如纬度、经度、定位质量指示、使用卫星数量、水平定位精度因子等。
GLL（Geographic Position – Latitude/Longitude）：提供纬度、经度和时间信息。
GSA（GNSS DOP and Active Satellites）：包含定位模式、使用卫星编号和位置精度因子等信息。
GSV（GNSS Satellites in View）：提供可见卫星的信息，包括卫星编号、仰角、方位角和信噪比等。
RMC（Recommended Minimum Specific GNSS Data）：包含定位状态、纬度、经度、地面速度、地面航向等。
VTG（Course Over Ground and Ground Speed）：提供地面航向和速度信息。
ZDA（Time and Date）：包含UTC时间和日期信息。
这些消息类型涵盖了定位、导航和时间相关的数据，可以用于实时定位、航行导航以及时间同步等应用。
NMEA 0183格式的数据通常由GPS接收器、导航仪、自动驾驶系统等设备产生，并通过串口输出。其他设备可以通过读取串口数据，并按照NMEA 0183的规范解析数据。这样，不同设备之间就可以进行数据交换和共享，实现设备之间的互操作性。
随着技术的发展，新一代的GPS设备也开始采用更高级的数据格式，例如NMEA 2000。然而，由于广泛应用和兼容性的要求，NMEA 0183仍然被广泛支持，并被许多设备和导航系统所使用。
下面是支持NMEA 0183格式的GPS模块输出的定位数据：
cpp
$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F
$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D
$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37
$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A
$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B
$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C
$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F
$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62
$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D
$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14
$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47
$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35
二、GPS字段含义
这段GPS数据是NMEA 0183格式的数据，它包含了不同类型的GPS消息，每个消息都有特定的含义和字段。
（1）$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F 这是GGA（Global Positioning System Fix Data）消息，包含了以下关键信息：
时间：11时49分55秒（UTC时间）
纬度：28度42.4158分北纬
经度：115度49.5439分东经
定位质量指示：1（表示定位有效）
使用卫星数量：5颗卫星
HDOP（Horizontal Dilution of Precision）水平定位精度因子：3.8
海拔高度：54.8米
大地水准面高度：0.0米
（2）$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D 这是GLL（Geographic Position – Latitude/Longitude）消息，包含了以下关键信息：
纬度：28度42.4158分北纬
经度：115度49.5439分东经
时间：11时49分55秒（UTC时间）
定位状态：A（表示定位有效）
导航模式指示：A（自主定位导航）
（3）$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37 这是GSA（GNSS DOP and Active Satellites）消息，包含了以下关键信息：
定位模式：自主定位模式
定位类型：三维定位
使用卫星编号：10、31、18
PDOP（Position Dilution of Precision）位置精度因子：5.7
HDOP（Horizontal Dilution of Precision）水平定位精度因子：3.8
VDOP（Vertical Dilution of Precision）垂直定位精度因子：4.2
（4）$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A 这是BDGSA（Beidou GNSS DOP and Active Satellites）消息，与GPGSA消息类似，但使用的是北斗导航系统的数据。
消息序号：这组消息是一共分为3个消息，这是第1个消息
可见卫星总数：10颗卫星
卫星编号、仰角、方位角和信噪比等信息
（5）$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62 这是BDGSV（Beidou GNSS Satellites in View）消息，与GPGSV消息类似，但使用的是北斗导航系统的数据。
（6）$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D 这是RMC（Recommended Minimum Specific GNSS Data）消息，包含了以下关键信息：
时间：11时49分55秒（UTC时间）
定位状态：A（表示定位有效）
纬度：28度42.4158分北纬
经度：115度49.5439分东经
地面速度：0.00节
地面航向：44.25度
日期：06日11月17年
（7）$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14 这是VTG（Course Over Ground and Ground Speed）消息，包含了以下关键信息：
地面航向：44.25度（真北参考）
地面速度：0.00节（节与海里/小时是相同的）
地面速度：0.00千米/小时
模式指示：A（自主定位导航模式）
（8）$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47 这是ZDA（Time and Date）消息，包含了以下关键信息：
UTC时间：11时49分55秒
日期：06日11月17年
本地时区偏移：00小时00分钟
（9）$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35 这是TXT（Text Transmission）消息，包含了以下关键信息：
文本内容：ANTENNA OK（表示天线状态良好）
这些消息提供了GPS设备的时间、位置、定位质量、可见卫星数量等信息。其中涉及到的字段包括时间（UTC时间）、纬度、经度、定位质量指示、使用卫星编号、定位精度因子、海拔高度、速度等。根据不同的应用需求，可以从这些数据中提取出需要的信息来进行处理和分析。
三、C语言解析数据代码
3.1 解析每个字段数据
以下是使用C语言解析NMEA 0183数据字段并将其打印到串口：
cpp
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 函数声明
void parseNMEA(const char* sentence);
void printField(const char* field);
int main() {
// NMEA数据
const char* data[] = {
"$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F",
"$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D",
"$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37",
"$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A",
"$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B",
"$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C",
"$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F",
"$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62",
"$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D",
"$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14",
"$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47",
"$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35"
};
int dataSize = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
// 解析并打印每个数据
for (int i = 0; i < dataSize; i++) {
parseNMEA(data[i]);
}
return 0;
}
// 解析NMEA语句
void parseNMEA(const char* sentence) {
const char* field;
int count = 0;
// 跳过$和逗号
field = strchr(sentence, ',');
if (field == NULL) {
return;
}
field++;
// 解析每个字段
while (*field != '*') {
printField(field);
// 查找下一个逗号或结束符
field = strchr(field, ',');
if (field == NULL) {
break;
}
field++;
count++;
}
}
// 打印字段数据
void printField(const char* field) {
char str[50];
int len = 0;
// 查找字段的长度
while (field[len] != ',' && field[len] != '\0' && field[len] != '*') {
len++;
}
// 复制字段数据到缓冲区
strncpy(str, field, len);
str[len] = '\0';
// 打印字段数据到串口
printf("%s\n", str);
}
3.2 解析定位数据
定义了一个名为GPSData的结构体，并将解析后的定位数据存储在该结构体的各个变量中：
cpp
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 定义结构体
typedef struct {
char time[10];
char latitude[10];
char longitude[11];
int fixStatus;
int satellites;
float hdop;
float altitude;
} GPSData;
// 函数声明
void parseNMEA(const char* sentence, GPSData* gpsData);
void printGPSData(const GPSData* gpsData);
int main() {
// NMEA数据
const char* data[] = {
"$GNGGA,114955.000,2842.4158,N,11549.5439,E,1,05,3.8,54.8,M,0.0,M,,*4F",
"$GNGLL,2842.4158,N,11549.5439,E,114955.000,A,A*4D",
"$GPGSA,A,3,10,31,18,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*37",
"$BDGSA,A,3,07,10,,,,,,,,,,,5.7,3.8,4.2*2A",
"$GPGSV,3,1,10,10,49,184,42,12,16,039,,14,54,341,,18,22,165,23*7B",
"$GPGSV,3,2,10,22,11,318,,25,51,055,,26,24,205,,29,13,110,*7C",
"$GPGSV,3,3,10,31,50,287,36,32,66,018,*7F",
"$BDGSV,1,1,04,03,,,07,05,,,29,07,79,246,33,10,52,232,19*62",
"$GNRMC,114955.000,A,2842.4158,N,11549.5439,E,0.00,44.25,061117,,,A*4D",
"$GNVTG,44.25,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*14",
"$GNZDA,114955.000,06,11,2017,00,00*47",
"$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35"
};
int dataSize = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
// 解析并打印每个数据
for (int i = 0; i < dataSize; i++) {
GPSData gpsData;
parseNMEA(data[i], &gpsData);
printGPSData(&gpsData);
}
return 0;
}
// 解析NMEA语句并存储到结构体中
void parseNMEA(const char* sentence, GPSData* gpsData) {
const char* field;
int count = 0;
// 跳过$和逗号
field = strchr(sentence, ',');
if (field == NULL) {
return;
}
field++;
// 解析每个字段
while (*field != '*') {
switch (count) {
case 0:
strncpy(gpsData->time, field, 6);
gpsData->time[6] = '\0';
break;
case 1:
strncpy(gpsData->latitude, field, 9);
gpsData->latitude[9] = '\0';
break;
case 2:
strncpy(gpsData->longitude, field, 10);
gpsData->longitude[10] = '\0';
break;
case 6:
sscanf(field, "%d", &gpsData->fixStatus);
break;
case 7:
sscanf(field, "%d", &gpsData->satellites);
break;
case 8:
sscanf(field, "%f", &gpsData->hdop);
break;
case 9:
sscanf(field, "%f", &gpsData->altitude);
break;
default:
break;
}
// 查找下一个逗号或结束符
field = strchr(field, ',');
if (field == NULL) {
break;
}
field++;
count++;
}
}
// 打印GPS数据到串口
void printGPSData(const GPSData* gpsData) {
printf("Time: %s\n", gpsData->time);
printf("Latitude: %s\n", gpsData->latitude);
printf("Longitude: %s\n", gpsData->longitude);
printf("Fix Status: %d\n", gpsData->fixStatus);
printf("Satellites: %d\n", gpsData->satellites);
printf("HDOP: %.1f\n", gpsData->hdop);
printf("Altitude: %.1f meters\n", gpsData->altitude);
printf("\n");
}
这段代码会解析NMEA 0183格式的数据，并将解析的结果存储在GPSData结构体的对应变量中。使用printGPSData函数将数据打印到串口。
